Baumaschinen

Fakultät Bauingenieurwesen Institut für Bauinformatik, Prof. Dr.-Ing. Raimar J. Scherer
Informationsmanagement u.
Numerische Methoden
Relationale und
Objekt-orientierte Datenstrukturen
6. Semester
1. Übung: Relationale
Datenstrukturen I
Informationsmanagement u. Numerische Methoden
Relationale und
Objekt-orientierte Datenstrukturen
Institut für Bauinformatik
Prof. Dr.-Ing. Raimar J. Scherer
Bürogebäude Nürnberger Ei
Nürnberger Str. 32a, 2. OG
Dipl.-Ing. Frank Opitz
E-Mail: [email protected]
Tel: 463 35741
Zimmer: 210
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ÜO Informationsmanagement
Einführung
Folie 2
Übersicht Lehr- bzw. Übungsinhalte
1) Relationale Datenstrukturen
a) Datenbanken/ DB-Systeme/ DBManagementsysteme
b) Relationen-Theorie und Normalisierung
c) Datenbankentwurf
d) Datenbankabfragesprache SQL
i.
Datendefinitionssprache (DDL)
ii.
Datenmanipulationssprache (DML)
iii. Datenaufsichtssprache (DCL)
2) Objekt-orientierte Datenstrukturen
a) Modellieren mit EXPRESS /EXPRESS-G
b) IFC-Datenmodell (Industry Foundation Classes)
c) Datenaustausch mit SPF (Step Physical File –
Format)
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ÜO Informationsmanagement
Einführung
Folie 3
Übersicht
1)
Literaturhinweise – Teil Rel. Datenstrukturen
2)
Daten im Bauwesen
3)
Nachteile von Dateisystemen
4)
Grundbegriffe
5)
Vorteile von Datenbanksystemen
6)
Nachteile von Datenbanksystemen
7)
Warum MS Access?
8)
Aufgaben: Anlegen einer Datenbank
„Baunternehmen“ (SQL-DDL: create, alter, drop –
erstellen, ändern, löschen)
9)
Integritätsbedingungen
10) Aufgaben: Eintragen und Ändern der Daten (SQLDML: insert, update, delete)
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 4
Literaturhinweise
 Literatur (Datenbanken u. SQL):
(1) G. Pernul & R. Unland: „Datenbanken im Unternehmen – Analyse,
Modellbildung und Einsatz“, 2. Aufl., Verlag Oldenburg, 2003
(2) E. Schicker: „Datenbanken und SQL : eine praxisorientierte Einführung
mit Hinweisen zu Oracle und MS-Access“, Teubner Verlag, 2000
(3) G. Matthiessen & M. Unterstein: „Relationale Datenbanken und StandardSQL : Konzepte der Entwicklung und Anwendung“, 4. Aufl., Verlag
Addison Wesley, 2008
 Lernmaterial SQL im WWW:
(1) http://sql.1keydata.com/de/
(2) http://w3schools.com/sql/ (engl. sprachig)
(3) http://www.sql-und-xml.de/sql-tutorial/
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 5
Daten im Bauwesen
 schon bei kleinen bis mittleren Bauvorhaben Datenmengen
im GB-Bereich  effiziente Strukturierung u. Verwaltung erforderlich
 Problematik unstrukturierter Daten  „Datensalat“, z.B. Word- oder
Excel-Dateien mit allen Projektinformationen
 Verwaltung und Strukturierung großer Datenmengen: Projekt-,
Dokumenten-, Facilitymanagement etc.
Betreiber
Hersteller/Lieferanten
Architektur
Vermessung
Statik
Elektro
Behörden
HKLS
Gutachter/Prüfer
(relationale) Datenbanken als Grundlage für Informationsund Managementsysteme im Bauwesen
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 6
Nachteile von Dateisystemen
 Wiederholte Speicherung gleicher Daten (Redundanz)
 Integritäts- u. Konsistenzprobleme (Mehrbenutzerbetrieb)
 erhöhter Speicherplatzbedarf
 erhöhter Verwaltungsaufwand
 erhöhte Kosten
 Verantwortung des Programmierers für
 Datenintegrität
 Datensicherheit
 effizienten Zugriff
 Bindung von Datenstrukturen an Programmstrukturen/-funktionen
 Hoher Änderungsaufwand
 Problem der Interoperabilität
 Bedienung bedarfsabhängiger Sichten nur bedingt möglich
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 7
Grundbegriffe
 Datenbank (DB)
 eine sehr große integrierte Sammlung von Daten
 Beschreibt einen Ausschnitt aus der realen Welt:
 Entitäten (z.B. Studenten, Kurse)
 Beziehungen (z.B. Student besucht Kurs)
 Datenbank-Management-System (DBMS)
 Software-Paket zum Speichern und Verarbeiten von Datenbanken
(Einfügen, Lesen, Ändern und Löschen von Daten)
 Beispiele: Oracle, DB2 (IBM), MS SQL-Server
 Datenbank-System (DBS)
 DBS = DBMS + DB
 Ermöglicht die anwendungsübergreifende Nutzung von Daten
 Isoliert Anwendungsprogramme von Hardware und
Betriebssystem (und deren Änderungen)
 Datenbankmodell (DM)
 Struktur
 Operationen
 Konsistenzregeln der Daten
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 8
Vorteile von Datenbanksystemen
 Datenunabhängigkeit von Programmen, Wiederverwendbarkeit,
effizienter Zugriff
 Einheitliche Datenadministration, Kontrolle der Datenintegrität
 Vermeidung von Redundanzen, geringerer Aufwand bei
Änderungen
 Erzeugung unterschiedlicher, bedarfsabhängiger Sichten auf
dieselben Daten - Filtern
 Verminderte Entwicklungszeit
 hohe Skalierbarkeit
 Datensicherheit und Zugriffskontrolle auf die Daten
(Korrektheit bei fehlerhaftem Ablauf einzelner Anwendungen
und Systemabsturz)
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 9
Nachteile von Datenbanksystemen
 General-Purpose Software oft weniger effizient als spezialisierte
Software
 Bei konkurrierenden Anforderungen kann DBS nur für einen
Teil der Anforderungsprofile optimiert werden
 Kosten: DBMS und zusätzliche Hardware, z.B. Logging-,
Backup-Systeme
 Hochqualifiziertes Personal (DB-Administration)
 Verwundbarkeit durch Zentralisierung (Ausweg: Verteilung)
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 10
Warum MS Access?





I.d.R. überall verfügbar
Kompatibel mit gängiger MS Office-Software (Excel, Word etc.)
Erstellung von DB-Anwendungen ohne Programmieraufwand
Relevanz für kleinere und mittlere Unternehmen
Unterstützt relationales Datenbankmodell
 SQL-basiert:
 Komplexere Abfragen auch mit SQL-Anweisungen möglich
 Erweiterbar durch Microsoft SQL-Server
 Externer Zugriff auf Access-DBs mittels vorhandener Schnittstellen
z.B. für Visual Basic, Delphi
 Es existiert eine Vielzahl ähnlicher Produkte (z.B. Base in
LibreOffice)
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 11
Anlegen der Datenbank „Bauunternehmen“
Beschäftigte
Betonsorten
PersNr
Name
Vorname
Tätigkeit
BNr
Qualität
Preis
12363
Ahrend
Gerd
Maurer
1
C15/20
200,7
13332
Bayer
Andreas
Kranführer
26661
Berger
Sven
Kranführer
2
C20/25
196,5
26663
Czerny
Petra
Baggerführer
3
C25/30
197,2
35558
Müller
Felix
Bauleiter
4
C35/45
185
36663
Müller
Paul
Gerüstbauer
36886
Berger
Bert
Baggerführer
Bauobjekte
ObjNr
Bauliches Objekt
Baumaschinen
MNr
Bezeichnung
Typ
Wert
1
Planierraupe
PL 20/40
75000
1
Wohnpark I
2
Turmdrehkran
TK 260
868000
2
Stadtvilla
3
Autokran
ADK 60
650000
3
Wohnpark II
4
Bagger
BG 70
820000
4
Einf.haus Wendt
5
Bagger
BG 62
760000
5
Stadthaus
6
Str.baumasch.
H 1/7
68888
6
Einf.haus Wagner
7
Mischfahrzeug
HR 50
65000
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 12
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
a) Anlegen der Tabelle „Beschäftigte“ in der MSA-Entwurfsansicht
b) Anlegen der Tabelle „Beschäftigte“ mit SQL
c) Festlegung der Integritätsbedingungen
Beschäftigte
PersNr
Name
Vorname
Tätigkeit
12363
Ahrend
Gerd
Maurer
13332
Bayer
Andreas
Kranführer
26661
Berger
Sven
Kranführer
26663
Czerny
Petra
Baggerführer
35558
Müller
Felix
Bauleiter
36663
Müller
Paul
Gerüstbauer
36886
Berger
Bert
Baggerführer
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 13
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
b) Anlegen der Tabelle „Beschäftigte“ mit SQL
CREATE TABLE Beschäftigte (
PersNr integer,
Vorname char(40),
Nachname char(50),
Tätigkeit char(100));
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 14
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
b) Anlegen der Tabelle „Beschäftigte“ mit SQL
CREATE TABLE Beschäftigte (
PersNr integer,
Vorname char(40),
Nachname char(50),
Tätigkeit char(100));
Definition
Primärschlüssel
fehlt!
CREATE TABLE Beschäftigte (
PersNr integer PRIMARY KEY,
Vorname char(40),
Nachname char(50),
Tätigkeit char(100));
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 15
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
c) Festlegen der Integritätsbedignungen
Sehr große Datenmengen  hohe Wahrscheinlichkeit für Fehler
DBMS unterstützt durch Integritätsbedingungen das Erkennen nicht
korrekter Daten bzw. Situationen und hilft diese zu verhindern.
Statische
Dynamische
Bedingungen, die in einem
Zustand erfüllt sein müssen,
damit er gültig ist
Bedingungen, die beim Übergang
von einem in einen anderen
Zustand beachtet werden müssen.
Beispiele:
- Anzahl der Semester muss > 0
sein
- Betonpreis von C12/15 muss <
sein als der von C20/25
Beispiele:
- Anzahl der Semester einer/s Stud.
darf nicht kleiner werden
- Betonpreise dürfen innerhalb von
einem Jahr nicht mehr als 15%
steigen
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 16
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
c) Festlegen der Integritätsbedignungen
Statische
1)
Dynamische
Wertebereichseinschränkungen von
Attributen
- NOT NULL, DEFAULT, CREATE DOMAIN
etc.
2)
Eindeutigkeit von Attributwerten
- UNIQUE, PRIMARY KEY
3)
Fremdschlüsselbedingungen (vgl.
Referentielle Integrität)
- FOREIGN KEY – Klausel
4)
Allgemeine Integr.-Bedingungen
(Tabellenzusicherungen)
- CHECK-Klausel (spalten- und tabellenbzw. zeilenbezogen)
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1) Trigger: Festlegung von ereignisgesteuerten Folgeaktionen für
Änderungsoperationen (INSERT,
UPDATE, DELETE)
2) Allgemeine (tabellenübergreifende)
Zusicherungen (ASSERTION) – werden
ohne direkten Kontext auf Schemaebene
definiert
3) Datenbankprozeduren (Stored
Procedures) – eine beliebige, in einer
konventionellen Programmiersprache
geschriebene Prozedur (d.h. Ausführung
nur bei explizitem Aufruf)
1. ÜO Informationsmanagement
Folie 17
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
c) Festlegen der Integritätsbedignungen
Was passiert bei verletzten Integritätsbedingungen?
1) Standardreaktion:
• ROLLBACK, d.h. alle Änderungen einer Transaktion werden
zurückgenommen (Alles oder Nichts – Prinzip).
2) Spezifikation von Folgeaktionen (um Einhaltung der Integr.-Bed. zu
erreichen):
• SQL92: deklarative Festlegung referentieller Folgeaktionen
(CASCADE, SET NULL, ...)
• SQL99: Trigger (sind eine wesentlicher Mechanismus in DBS)
• DB-Prozeduren
3) Verallgemeinerte Regeln für Folgeaktionen durch ECA-Rules (Event /
Condition / Action) in aktiven DBS
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 18
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
c) Festlegen der Integritätsbedignungen
CREATE TABLE Beschäftigte (
PersNr integer UNIQUE NOT NULL,
Vorname char(40),
Nachname char(50),
Tätigkeit char(100));
konventionelle
Definition des
Primärschlüssels
Nutzung von NOT NULL und UNIQUE als (spaltenbezogene)
Integritätsbedingungen, z.B.:
CREATE TABLE Beschäftigte (
PersNr integer PRIMARY KEY,
Vorname char(40),
Nachname char(50)
Steuernummer char(10) UNIQUE,
Tätigkeit char(100) NOT NULL);
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1. ÜO Informationsmanagement
Wird dann als
Schlüsselkandidat
(oder auch Sekundärschlüssel) bezeichnet
Folie 19
Aufgabe 1:
 Erstellen einer Datenbank „Bauunternehmen“
c) Festlegen der Integritätsbedingungen
Festlegen des Wertebereiches für eine Spalte (Feld) mit der
CHECK-Klausel:
(in MS Access nur über Entwurfsansicht  Feldeigensch.: Gültigkeitsregel)
CREATE TABLE Beschäftigte (
PersNr integer PRIMARY KEY CHECK (VALUE BETWEEN 10000 AND 20000),
Vorname char(40),
Nachname char(50)
Einschränkung des Wertebereiches
Tätigkeit char(100) NOT NULL);
für die Spalte PersNr:
die ckeck-Klausel weist das DBS an,
bei Eingabe der Daten deren Zulässigkeit
gemäß der Gültigkeitsregel zu überprüfen
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 20
Aufgabe 2:
Betonsorten
 Hinzufügen der Tabellen
a) „Bauobjekte“
b) „Baumaschinen“
c) „Betonsorten“
Qualität
Preis
1
C15/20
200,7
2
C20/25
196,5
3
C25/30
197,2
4
C35/45
185
Baumaschinen
Bauobjekte
ObjNr
BNr
Bauliches Objekt
MNr
Bezeichnung
Typ
Wert
1
Wohnpark I
1
Planierraupe
PL 20/40
75000
2
Stadtvilla
2
Turmdrehkran
TK 260
868000
3
Wohnpark II
3
Autokran
ADK 60
650000
4
Einf.haus Wendt
4
Bagger
BG 70
820000
5
Stadthaus
5
Bagger
BG 62
760000
6
Einf.haus Wagner
6
Str.baumasch.
H 1/7
68888
7
Mischfahrzeug
HR 50
65000
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Folie 21
Aufgabe 3:
 Ändern der Tabelle „Baumaschinen“
Erweiterung um das Attribut „Stundensatz“
Baumaschinen
MNr
Bezeichnung
Typ
Wert
1
Planierraupe
PL 20/40
75000
2
Turmdrehkran
TK 260
868000
3
Autokran
ADK 60
650000
4
Bagger
BG 70
820000
5
Bagger
BG 62
760000
6
Str.baumasch.
H 1/7
68888
7
Mischfahrzeug
HR 50
65000
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Folie 22
ALTER
Mit der ALTER TABLE Anweisung können in vorhandenen Tabellen
Spalten hinzugefügt, gelöscht und verändert werden.
Hinzufügen einer Spalte:
ALTER TABLE Tabellenname
ADD Spaltenname Datentyp;
Löschen einer Spalte:
ALTER TABLE Tabellenname
DROP Spaltenname;
Ändern (des Datentyps)
einer Spalte:
ALTER TABLE Tabellenname
ALTER Spaltenname Datentyp_neu;
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Folie 23
Aufgabe 3:
 Ändern der Tabelle „Baumaschinen“
Erweiterung um das Attribut „Stundensatz“
a) ALTER TABLE Baumaschinen ADD Stundensatz single;
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 24
Aufgabe 4:
 Erweitern der Tabelle „Baumaschinen“
a) Eingabe der Werte mit INSERT
b) Eintragen der Stundensätze:
1) 0,1 % des Wertes bei Wert < 100000
2) 0,03 % des Wertes bei Wert zwischen 100000 und 700000
3) 0,02 % des Wertes bei Wert > 700000
Baumaschinen
MNr
Bezeichnung
Typ
Wert
Stundensatz
1
Planierraupe
PL 20/40
75000
…
2
Turmdrehkran
TK 260
868000
…
3
Autokran
ADK 60
650000
…
4
Bagger
BG 70
820000
…
5
Bagger
BG 62
760000
…
6
Str.baumasch.
H 1/7
68888
…
7
Mischfahrzeug
HR 50
65000
…
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Folie 25
Aufgabe 4:
 Erweitern der Tabelle „Baumaschinen“
a) Eingabe der Werte mit INSERT
INSERT INTO Baumaschinen (MNr, Baumaschine, Typ, Wert)
VALUES (1, “Planierraupe“, “PL 20/40“, 75000);
…
Baumaschinen
MNr
Bezeichnung
Typ
Wert
1
Planierraupe
PL 20/40
75000
2
Turmdrehkran
TK 260
868000
3
Autokran
ADK 60
650000
4
Bagger
BG 70
820000
5
Bagger
BG 62
760000
6
Str.baumasch.
H 1/7
68888
7
Mischfahrzeug
HR 50
65000
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Stundensatz
Folie 26
UPDATE
Mit der UPDATE Anweisung können vorh. Einträge (Datensätze) in
Tabellen aktualisiert werden.
UPDATE Tabellen_Name
Name der betreffenden
Tabelle
SET Spalten_Name = Wert
Zuweisung von Werten zu
Spalten; Werte können über
mathematische Operationen
in Abhängigkeit der Werte
anderer Spalten definiert
werden

WHERE Bedingung;

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Zuweisungsbedingung:
definiert die Zeilen, in denen
die entsprechenden Werte
geändert werden sollen
Folie 27
Aufgabe 4:
 Erweitern der Tabelle „Baumaschinen“
b) Eintragen der Stundensätze:
1) 0,1 % des Wertes bei Wert < 100000
2) 0,03 % des Wertes bei Wert zwischen 100000 und 700000
3) 0,02 % des Wertes bei Wert > 700000
2) UPDATE Baumaschinen
SET Baumaschinen.Stundensatz=0.0003*Baumaschinen.Wert
WHERE *) Baumaschinen.Wert>100000
AND Baumaschinen.Wert<=700000;
*)
alternativ: WHERE Baumaschinen.Wert
BETWEEN 100000 AND 700000
Hinweis: INSERT nicht möglich, da hiermit neue Zeilen/ DatenSätze eingefügt werden und bestehende Datensätze nicht geändert werden können.
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 28
Aufgabe 4:
 Erweitern der Tabelle „Baumaschinen“
b) Eintragen der Stundensätze:
1) 0,1 % des Wertes bei Wert < 100000
2) 0,03 % des Wertes bei Wert zwischen 100000 und 700000
3) 0,02 % des Wertes bei Wert > 700000
1) UPDATE Baumaschinen
SET Baumaschinen.Stundensatz=0.001*Baumaschinen.Wert
WHERE Baumaschinen.Wert<100000;
3) UPDATE Baumaschinen
SET Baumaschinen.Stundensatz=0.0002*Baumaschinen.Wert
WHERE Baumaschinen.Wert>700000;
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 29
DROP & DELETE
DROP TABLE Tabellenname;
löscht Tabellen
DELETE FROM Tabellenname
WHERE Bedingung;
löscht Datensätze
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1. ÜO Informationsmanagement
Folie 30
Anhang: Datentypen
SQL-Datentypen in MS Access und ihre Spezifikation
Quelle: http://office.microsoft.com/de-de/access-help/sql-datentypen-HA001231504.aspx?CTT=3
Anhang: Datentypen
ANSI SQL-Datentypen, gleichwertige MS Access Datentypen und gültige Synonyme,
Gleichwertige MS SQL Server Datentypen
Quelle: http://office.microsoft.com/de-de/access-help/gleichwertige-ansi-sql-datentypen-HA001231447.aspx
DB-Schemaarchitektur
(nach ANSI)
Nutzer-/Anwendungspez.
Sichten auf das
konzeptionelle Schema
Auf Basis des DB-Modells entwickelte
logische Beschreibung des Realweltausschnittes
Legt Speicherungsstrukturen und
Zugriffspfade bzw. Indexstrukturen
für schnelleren Datenzugriff fest.
Für (normalen) DB-Nutzer nicht
relevant und nicht sichtbar.